流體輸送與非均相分離技術模塊三

1、模塊三 非均相物系別離技術非均相物系：凡物系內部有隔開兩相的界面存在，而界面兩側的物料性質截然不同的物系。分散介質（連續(xù)相） 物系中包圍在分散相粒子的周圍，使分散相處 于分散狀態(tài)，而自身相對處于連續(xù)狀態(tài)的物質。（量多）分散物質（分散相） 物系中處于相對分散狀態(tài)的物質。（量少）氣態(tài)非均相氣液（霧沫液：霧）氣固（含塵氣流）連續(xù)相為氣相的為：液態(tài)非均相液固（懸浮液：泥漿水）液液（乳濁液：油和水）液氣（泡沫：汽水）連續(xù)相為液相的為：分離的方法：沉降：依據(jù)連續(xù)相和分散相的密度差異，在重力場或離心力場中對非均相物系進行別離的操作；重力沉降離心沉降慣性分離沉降過濾：借助重力、壓力或離心力使混合物通過某介質，

2、使液相與固相截留于介質兩側而到達別離的目的。主要用于別離液態(tài)非均相物系。重力過濾壓差過濾離心過濾過濾濕法別離：讓含塵氣體通過水或其它液體中，使顆粒溶于液體中或潤濕顆粒，而使顆粒粘在一起，通過重力沉降別離。靜電別離：使含有懸浮塵?；蜢F滴的氣體通過金屬電極間的高壓直流靜電場，氣體電離產(chǎn)生離子附著于懸浮塵?；蜢F滴上而使之荷電。荷電的塵粒、霧滴在電場力的作用下至電極后發(fā)生中和而恢復中性從而到達別離。文氏滌氣器泡沫除塵器典型設備靜電別離文氏滌氣器化工生產(chǎn)中常見非均相物系與對應的別離方法及設備名稱連續(xù)相分散相分離方法分離設備懸浮液液體固體先沉降后過濾，過濾，離心分離沉降器，過濾機，離心機乳濁液液體液體沉降

3、，離心分離沉降器，旋液分離器氣-固（塵、煙）氣體固體沉降，過濾，離心分離，靜電分離降塵室，袋濾器，旋風分離器，電除塵器氣-液（霧）氣體液體沉降，離心分離，靜電分離沉降器，旋風分離器，電除塵器任務一 認識非均相物系的別離設備一、沉降設備1. 連續(xù)沉降槽 料漿從中央進料口送入液面下0.31.0m處，以小擾動迅速分散到整個橫截面上，顆粒下沉，從等濃區(qū) 變濃區(qū)沉聚區(qū)；在槽底緩慢轉動的耙把濃漿中的液體擠出去，并把沉渣聚攏到錐底的中央排渣口，以“底流排出。清液向上流動，即使夾帶粒子，顆粒在澄清區(qū)還是有時機再沉降，使“溢流的澄清液體保持清潔。工作原理 注意：1進料不能直接往槽內，必須有緩沖裝置，以防正在沉降

4、的粒子重新卷起；2轉耙的轉速不能快，否那么會起攪拌作用。2. 多層隔板降塵室3. 降塵氣道二、過濾設備1. 板框壓濾機框板結構：一個操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝 1060塊不等，過濾面積約為280m2 板有過濾板與洗滌板之分，板、框、洗滌板上分別標有1、2、3鈕，組裝時板框排列為1，2，3，2，1，2等操作原理：不銹鋼板框壓濾機特點：板框壓濾機的優(yōu)點是結構簡單，制造容易，設備緊湊，過濾面積大而占地小，操作壓強高，濾餅含水少，對各種物料的適應能力強。它的缺點是間歇手工操作，勞動強度大，生產(chǎn)效率低 2. 轉筒真空過濾機轉筒-筒的側壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長、徑之比約為1/22濾布-蒙在筒外壁上。

5、分配頭-轉動盤、固定盤 構造：過濾、洗滌、吹松、刮渣一個操作循環(huán)：屬連續(xù)式特點：立式芯式過濾器3. 葉濾機4. 袋式過濾器5. 離心機 操作時,在轉鼓中參加待過濾的懸浮液,在離心力的作用下,濾液透過濾布和轉鼓上的小孔進入外殼,然后再引至出口,固體那么被截留在濾布上成為濾餅。1三足式離心機此視頻來自東方仿真2臥式刮刀卸料式離心機此視頻來自東方仿真3下部手動刮刀卸料式離心機1. 旋風別離器三、其他別離設備2. 靜電除塵器 3.湍球塔除塵器4.文丘里除塵器任務二 非均相物系別離技術知識準備一、沉降一沉降原理 分散相顆粒和連續(xù)相流體發(fā)生相對運動而實現(xiàn)別離操作過程 。在重力場中的沉降為重力沉降；在離心力

6、場中的沉降為離心沉降。二重力作用下的沉降速度1. 前提條件1顆粒是球形的；2忽略加速沉降階段；3忽略顆粒間及容器壁的干擾。2. 顆粒的自由沉降速度1顆粒在流體中降落時受力情況:據(jù)牛頓第二定律:即 F=ma 即Fg Fd - Fb= ma重力Fg阻力Fd浮力Fb沉降顆粒受力圖2沉降速度根本計算式3 阻力系數(shù) =f(Ret)連續(xù)相的粘度，Pas。Ret=dput連續(xù)相的密度，kg/m3;工程上所處理的重相顆粒往往并非球形顆粒。對非球形顆粒的自由沉降過程，阻力系數(shù)不僅與Ret有關，同時還與顆粒的球形度s有關。s=與實際顆粒體積相等的球形顆粒的表面積實際顆粒的表面積滯流區(qū)或斯托克斯定律區(qū)10-4Ret

7、1)過渡區(qū)或艾侖定律區(qū) 1Ret103湍流區(qū)或牛頓定律區(qū) 103Ret2105幾種s值下的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Ret的關系曲線如圖P189圖-22所示。根據(jù)阻力隨顆粒雷諾數(shù)變化的規(guī)律，可分為三個區(qū)域：1.滯流區(qū)(斯托克斯定律區(qū)) 10-4Ret12.過渡區(qū)(艾倫定律區(qū)) 1Ret1033.湍流區(qū)(牛頓定律區(qū)) 103Ret2105微粒與流體相對運動的阻力系數(shù)，與雷諾數(shù)及顆粒形狀有關，由 實驗測定，圖3-2將阻力系數(shù)的計算式代入，得到不同顆粒雷諾數(shù)范圍內ut的計算式：滯流區(qū)(Ret1)思托克斯公式過渡區(qū)阿倫公式湍流區(qū)(103Ret)牛頓公式4 沉降速度的計算試差法由于在計算出ut之前Ret的大小未知

8、，因此要通過試差確定應該選取的計算公式。即：先假設沉降屬于某一流型，那么可直接選用與該流型相應的沉降速度公式計算，然后按求出的ut檢驗Ret值是否在原假設的流型范圍內。摩擦數(shù)群法該法是將與雷諾數(shù)的關系曲線加以轉換，使其兩個坐標軸之一變成不包含ut的無量綱數(shù)群，進而便可得ut。例3-1:有一玉米淀粉水懸浮液，溫度20，淀粉顆粒平均直徑為15m，淀粉顆粒吸水后的密度為1020kg/m3，試求顆粒的沉降速度。:dp=15m=1510-6m，p=1020kg/m3，查出20水的密度為998.2 kg/m3, =1.00510-3 Pa.S，將各值代入上式得：檢驗Rep值：計算結果說明，與原假設相符，故

9、算得的ut=2.6610-6m/s正確。解：設沉降在滯流區(qū)進行，故可用思托克斯式計算，即： 3. 沉降器的生產(chǎn)能力與沉降面積 沉降器的生產(chǎn)能力：單位時間產(chǎn)生的清液體積：1沉降器的生產(chǎn)能力2沉降器的面積計算粒子的沉降時間清液的停留時間顆粒在沉降器中沉降的必要條件：那么有：1。過濾過程與原理原理：利用粒子在介質中透過性的差異來別離二、過濾一過濾根本概念2。過濾介質過濾介質的要求： *多孔性、阻力小； 化學穩(wěn)定性好，足夠的機械強度。工業(yè)上常用的過濾介質： *織物狀：濾紙、濾布、金屬絲網(wǎng)等 固體多孔：濾塊、濾板、濾管等 粒狀：固體顆粒堆積而成。選用考慮的因素：1固粒含量；2粒徑大小；3目的產(chǎn)物。目數(shù)孔

10、徑（微米）目數(shù)孔徑（微米）目數(shù)孔徑（微米）目數(shù)孔徑（微米）2.57925121397602453254735880141165652204253344599169918019850025539622083310016562520633272470111015080015727942758918083125010823623249520074250059198135417250613250210165140350270531250013。過濾方法適用于固粒濃度高，粒徑不大100200微米的懸浮液適用于固粒含量非常少小于0.1%的懸浮液適用于粒徑較大、固粒含量不高、固粒易變形的懸浮液4。過濾推動力

11、及過濾阻力5濾餅的性質：堆積密度、空隙率、可壓縮性；不可壓縮濾餅：顆粒為剛性，濾餅內部空隙結構不變形，單位厚度床層阻力恒定?？蓧嚎s濾餅：顆粒形狀和顆粒間的空隙隨過濾進行而變化，單位厚度濾餅的流動阻力逐漸增大。液柱壓力介質兩側的壓力差離心力推動力餅層阻力介質阻力阻力6。助濾劑作用：1在可壓縮濾餅中起支撐作用 2在介質上首先架橋用法：1加在懸浮液中 2均勻涂在介質外表常用助濾劑：硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉等假設過濾過程中其他因素維持不變，那么由于濾餅厚度不斷增加過濾速度會逐漸變小。任一瞬間的過濾速度應寫成如下形式:二過濾的根本方程式過濾速率：單位時間獲得的濾液體積V 經(jīng)過濾操作所獲得的濾液體積

12、，m3; t 過濾時間；p 餅層兩端的壓力差，Pa; A 過濾介質的總有效面積，m2; r 濾餅的比阻，1/m2; 濾液的粘度，Pas; 1m3的濾液在介質上截留的濾餅體積；Ve 在介質上截留厚度為Le的濾餅所得濾液的體積；Le 與介質具有相同流動阻力的濾餅層厚度，即介質的當量濾餅厚度或 虛擬濾餅厚度，m。過濾速度：單位過濾面積上的過濾速率V 經(jīng)過濾操作所獲得的濾液體積，m3; t 過濾時間；p 餅層兩端的壓力差，Pa; A 過濾介質的總有效面積，m2; r 濾餅的比阻，1/m2; 濾液的粘度，Pas; 1m3的濾液在介質上截留的濾餅體積；Ve 在介質上截留厚度為Le的濾餅所得濾液的體積；Le

13、 與介質具有相同流動阻力的濾餅層厚度，即介質的當量濾餅厚度或 虛擬濾餅厚度，m。1.恒壓過濾方程 中k為過濾常數(shù)，m2/s上式可變?yōu)樵撌綖楹銐哼^濾過程的瞬時濾液流量計算式。恒壓過濾時，P保持恒定。對于一定的懸浮液，若濾餅不可壓縮，則、r、Ve、A均為定值。則式當介質阻力與濾餅阻力相比可忽略時，式中的Ve可略去，故可改寫為積分得：表達了恒壓過濾過程中過濾時間與所獲濾液體積間的定量關系。假設令K2k，K仍稱為過濾常數(shù)，那么令則恒壓過濾方程表達了過濾時間t與單位過濾介質面積上所獲濾液體積q(m3/m2)之間的關系。恒壓過濾，可壓縮性濾餅，濾餅的可壓縮性會影響到K、Ve 或qe的值。但在一定的過濾條件

14、下，它們均為常數(shù)并可由實驗測定。因此，上述方程也可用于可壓縮性濾餅的計算。當介質阻力與濾餅阻力相比可忽略時，前式中的Ve 或qe均可略去，則有2. 過濾方程應用K、 Ve 、qe的測定在恒壓過濾基本方程中出現(xiàn)的K、 Ve 、qe，是進行過濾工藝計算必須確定的參數(shù)。當過濾操作條件及懸浮液的性質一定時，它們均為常數(shù)并可借助實驗測定。根據(jù)式，只要在恒壓差條件下測出過濾中的任意兩個時刻的t1、t2以前所獲濾液體積V1、V2，即可建立方程組解之，可估算出K、 Ve 或qe的值。 在恒壓過濾時,/q與q呈直線關系，直線的斜 率為1/K，截距為 2qe/K。由此可知，只要測出不同過濾時間時單位過濾面積所得的

15、濾液量，即可由上式求得K和qe。在實驗室里測定過濾常數(shù)時，為減小測定誤差往往需測得多組tV數(shù)據(jù)，并由轉化為tq數(shù)據(jù)，然后借助解析法即可求出K和qe。為保證測出的K、 Ve 或qe有足夠的可信度，以便用于工業(yè)過濾裝置，實驗條件必須盡可能與工業(yè)條件相吻合，要求采用相同的懸浮液、相同的介質、相同的操作溫度和壓力差。例 在100kN/的恒壓下過慮某懸浮液 ，溫度30，過慮面積為40，并慮渣的比阻為11014m-2，值為0.05m3/m3。過慮介質阻力忽略不計，慮渣為不可壓縮，試求：要獲得10 m3濾液需要多長時間？假設僅將過濾時間延長1倍，又可再獲得多少m3濾液？假設僅將過濾壓差增加1倍，同樣獲得10

16、 m3濾液時又需要多長時間？解:過濾介質阻力可忽略，慮渣為不可壓縮的恒壓過濾方程為 V2=KA2t:V=10 m3，A=40而p=100103N/,r=11014m-2, =0.05m3/ m3,并查水(慮渣)的溫度為30時,其=0.8007cP=0.800710-3Pa.s，那么 K=2105/0.800710-3110140.05 =4.99610-5(/s), 所以 t=V2/KA2=102/4.99610-5402=1251(s) =20.85(min)(3)求過濾壓差增加1倍，獲得10m3濾液所需時間： K=2K=24.996 10-5(/s) 代入上式得 t=V2/KA2 =102/24.99640210-5=625.5(s) 即過濾時間減為原來的一半。(2)過濾時間延長1倍的增加的濾液量. 2t=21251=2502(s) 而A=40 (m2) V2 =KA2 t=199.999872 V =14.14(m3) V=14.14-10=4.14(m3)增大過濾面積、提高轉速、縮短輔助操作時間、改善過濾特性以提高過濾和洗滌速率。三提高過濾生產(chǎn)能力